Министерство высшего образования
Ижевский Государственный Технический Университет
Воткинский филиал
Кафедра: "Технология машиностроения и приборостроения"
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По курсу: "Автоматизация производственных процессов"
На тему: "Автоматизация процесса заточки угла в плане сверл с подробной разработкой принципиальной структурной схемы и конструкции устройства шпиндельного узла"
Выполнил:студент гр.Т-911
Лаптева Н.В
Проверил:Иванов В.В.
Воткинск 2011
Содержание
Введение
Анализ автоматизируемого технологического процесса
Разработка перечня основных функций устройства. Функциональный анализ
Выбор исполнительных механизмов
Выбор приводов исполнительных механизмов и датчиков
Цикл работы устройства
Описание работы автомата для заточки угла в плане спиральных сверл
Расчет усилия закрепления сверла в цанговом патроне
Заключение
Литература
Введение
Автоматизация производственных процессов есть комплекс мероприятий по разработке новых прогрессивных технологических процессов и проектированию на их основе высокопроизводительного технологического оборудования, осуществляющего рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека.
Автоматизация — это комплексная конструкторско-технологическая задача создания принципиально новой техники на базе прогрессивных технологических процессов обработки, контроля, сборки. Она включает создание таких методов и схем обработки, конструкций и компоновок машин и систем машин, которые были бы невозможны, если бы человек по-прежнему оставался непосредственным участником технологического процесса.
Любую продукцию, для получения которой известны методы и маршруты обработки, наиболее просто можно получить на универсальном неавтоматизированном оборудовании с ручным управлением при непосредственном участии человека. Автоматизация производственных процессов имеет цель — повышение производительности и качества выпускаемой продукции, сокращение количества обслуживающих рабочих по сравнению с неавтоматизированным производством.
За счет реализации этих факторов обеспечивается экономический эффект и окупаемость затрат на автоматизацию. При этом важнейшим определяющим фактором успешного внедрения является надежность автоматизированного оборудования. Если показатели надежности оказываются низкими, сложнейшие и технически совершенные автоматические системы машин становятся менее производительными, чем неавтоматизированное оборудование; число же рабочих после автоматизации не сокращается, а возрастает. Поэтому важнейшим требованием к специалистам, работающим в области автоматизации машиностроения, является умение правильно оценивать целесообразную степень автоматизации в данных конкретных условиях, выбирать и рассчитывать оптимальные варианты построения машин и систем машин. Это не может быть правильно выполнено без наличия специальных знаний, которые, как правило, не даются в общих курсах по технологии и конструированию; поэтому во всех вузах созданы специальные курсы по автоматизации производственных процессов.
Уровень и способы автоматизации зависят от вида производства его серийности, оснащенности техническими средствами.
Автоматизация и механизация получили наибольшее распространение в массовом и крупносерийном видах производства.
Анализ автоматизируемого технологического процесса
Целью данного КП является разработка автоматизированного процесса заточки угла в плане сверл с подробной разработкой шпиндельного узла.
Для заточки сверл существуют абразивные и безабразивные методы. К безабразивным относятся анодно-механические, электроискровые и ультразвуковые.
Анодно-механическая обработка основана на снятии слоя, образующегося в электролите на поверхности сверла, включенного в качестве анода. Недостаточная технологическая изученность этих процессов на первых стадиях внедрения в промышленность привела к появлению неправильных представлений об их технологических возможностях, затруднив распространение этих прогрессивных методов. Недостатками обычной анодно-механической заточки являлось возникновение сетки трещин на затачиваемых инструментах при высокопроизводительных режимах обработки и невозможность получения наиболее высоких классов чистоты поверхности.
При электроискровом способе заточки затачиваемый инструмент подключен к одному полюсу, а вращающийся диск — к другому. Диск и сверло помещают в ванну с диэлектриком (минеральное масло с температурой вспышки не ниже 180°) или диэлектрик подается в место их контакта. Диск делается из меди, латуни или чугуна. Источником служит генератор постоянного тока, заряжающий обкладки конденсатора. При сближении диска и сверла между их выступающими частями происходят электрические разряды за счет запасенной в конденсаторе энергии, в результате чего выступы (шероховатости) затачиваемой поверхности постепенно разрушаются. Электроискровая обработка не нашла широкого применения при заточке инструмента из-за сложности оборудования.
В процессе ультразвуковой обработки поверхностного слоя материала происходит его пластическое деформирование при высокочастотном виброударном воздействии инструмента, который движется вдоль поверхности. При этом изменяется как геометрия (чистота) самой поверхности, так и структура тонких поверхностных и приповерхностных слоев материала, в которых возникают слои упорядоченных наноструктур. Существующие технологии ультразвуковой обработки материалов оказываются малоэффективным из-за высокой энергоемкости, малых скоростей обработки и других факторов.
В данном курсовом проекте будет рассмотрен способ заточки сверл эльборовыми кругами формы ПП по ГОСТ 2424-83.
Разработка перечня основных функций устройства. Функциональный анализ
Произведем составление перечня основных функций устройства, необходимых для реализации технического процесса. Для каждой функции формулируются требования, предлагаются и рассматриваются варианты устройств, позволяющих наиболее рационально осуществить заданную функцию, производится анализ их относительных преимуществ.
| Этап процесса, функция | Требования | Предлагаемые варианты, способы |
| Подача детали | Автоматическая или ручная | 1) Вручную 2) Автоматически толкателем 3) Автоматически манипулятором |
| Зажим детали на рабочей позиции | Обеспечить неизменное положение детали при обработке | 1) Цанговый патрон 2) Трехкулачковый патрон 3) Специальное зажимное устройство |
| Обеспечение зажимного усилия | Обеспечить требуемое усилие закрепления | 1) Пневмопривод 2) Гидропривод 3) Пружина |
| Привод вращения шпинделя | Обеспечить необходимые скорость "резания" и крутящий момент (n=100 об/мин) | 1) Трёхфазный асинхронный элктродвигатель 2) Гидромотор 3) Пневматический привод |
| Привод рабочей подачи заточной головки | Обеспечить необходимые подачу и усилие резания | 1) Электродвигат
ель через пару винт – гайка
2) Пневмопривод 3) Гидропривод |
| Удаление с рабочей позиции заточенных сверл | Обеспечить надёжную эвакуацию заточенных сверл, исключающую их повреждение | 1) вручную 2) манипулятором 3) толкателем |
шпиндельный узел цанговый патрон сверло заточка
Выбор исполнительных механизмов
В результате проведенного функционального анализа, производится окончательный выбор исполнительных механизмов.
1. Сверла помещаются и ориентируются в специальный магазин вручную по 50 штук.
2. Подача сверла из магазина на рабочую позицию осуществляется толкателем.
3. Закрепление детали на рабочей позиции производится в цанговом патроне, оснащённом механизмом автоматического зажима-разжима.
4. Заточка сверл осуществляется специальной заточной головкой, оснащённой устройством рабочей подачи.
5. Эвакуация заточенных сверл производится автоматически толкателем на ленточный конвейер.
Выбор приводов исполнительных механизмов и датчиков
Для каждого механизма, в соответствии с условиями его работы, выбираются соответствующие приводы.
1) Для механизма разжима сверла выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимое усилие закрепления детали (закрепление в патроне осуществляется за счёт упругих сил пружины).
2) Для привода вращения шпинделя выбираем трёхфазный асинхронный электродвигатель, т.к. он обеспечивает необходимые величины крутящего момента и частоту вращения шпинделя.
3) Для привода конвейера выбираем трёхфазный асинхронный электродвигатель, т.к. он обеспечивает необходимые величины крутящего момента и скорость перемещения ленты.
4) Для привода толкателя выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимое усилие перемещения шибера.
5)Для привода рабочей подачи заточной головки выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимые скорость и усилие подачи.
6) Для привода упора выбираем гидропривод, т.к. он обеспечивает необходимую скорость перемещения упора.
Датчики
1) х1, х2 – датчик начального и конечного положений толкателя деталей.
2) х3, х4 - датчики начального и конечного положения механизма закрепления деталей.
3) х5, х6 – датчики начального и конечного положения упора.
4) х7, х8 – датчики начального и конечного положения привода рабочей подачи заточной головки.
5) х9 – датчик вращения шпинделя.
6) х10 – датчик вращения круга заточной головки.
7) х11 – датчик наличия деталей в магазине.
8) х12 – датчик перемещения сверла на рабочую позицию (в упоре).
Цикл работы устройства
Исходное положение
:
(1) – в крайнем нижнем.
(2) – в крайнем нижнем (разжат).
(3) – в крайнем правом.
(4) – в крайнем правом.
(5) – выключен.
(6) – постоянно вращается.
Цикл работы:
Циклограмма работы автомата.
Описание работы автомата для заточки угла в плане спиральных сверл
Автомат состоит из магазина с толкателем, шпинделя, оснащённого цанговым патроном, заточной головки, подводимого упора.
Сверла устанавливаются и ориентируются в магазине вручную по 50 штук.
Подача из магазина осуществляется специальным ножевым толкателем, который захватывает только одно сверло (остальные скатываются). Магазин установлен под углом. После того как сверло подведено к выходному окну магазина, оно под действием силы тяжести соскальзывает с призмы ножа и перемещается в направляющий рукав, по которому скатывается в шпиндель. Сверло останавливается в цанговом патроне после касания вершиной поверхности упора, в которой установлен специальный датчик, по сигналу которого продолжается цикл обработки.
Цанговый патрон сжимается (специальный толкатель отводит наконечник от тяги в виде кольца). После того, как сверло зажато в цанговом патроне, подводимый упор отводится из рабочей зоны.
Включается вращение шпинделя с цанговым патроном.
После того, как вращение сверла включено, производится рабочая подача заточной головки. По окончании рабочего хода заточная головка отводится в начальное положение; вращение шпинделя (сверла) отключается. Цанга разжимается и заточенное сверло выскальзывает из цанги и перемещается в рукав, ведущий к бункеру готовых деталей (заточенных сверл).Цикл обработки повторяется.
Расчёт усилия закрепления сверла в цанговом патроне
Осевая сила Q, необходимая для затягивания цанги с обеспечением надёжного закрепления сверла, подвергаемого осевой нагрузке Р определяется выражением:
, где
- сила,
Р – осевая сила, возникающая при заточке сверла, Р=200 Н;
- половина угла конуса цанги;
φ – угол трения, φ=arctgf1
;
f1
– коэффициент трения конусной поверхности;
Е=2,1*106
кгс/см2
– модуль упругости стали, идущей на изготовление цанги;
l – расстояние от плоскости задела лепестка цанги до середины зажимающего конуса цанги;
f – стрела прогиба лепестка, f=δ=0,2 мм;
δ – зазор между цангой и сверлом (до начала зажима);
z – число лепестков цанги;
- момент инерции в сечении заделанной части лепестка.
b – "ширина" сектора лепестка цанги;
h – толщина лепестка цанги.
Подставляя известные параметры в формулы, получаем:
676 Н.
С учетом коэффициента запаса по закреплению к=2,5, потребное усилие закрепления Q составит: . На основании полученного значения "затягивающей силы" подбираем пружину, обеспечивающую это усилие.
Заключение
В соответствии с целями и задачами в процессе выполнения работы был проведен анализ автоматизируемого технологического процесса. Затем был произведен функциональный анализ, т.е. разработка перечня основных функций будущего устройства. С помощью анализа были выбраны исполнительные механизмы и датчики с подробным описанием их действия.
В дальнейшем был разработан цикл работы устройства и циклограмма работы автомата, с помощью которых была определена цикловая производительность.
Во второй части работы был спроектирован цанговый патрон, произведён расчёт потребного усилия закрепления сверла в нём, на основании которого выбрана пружина, обеспечивающая это усилие. Были проанализированы основные схемы устройства, произведен расчет привода и был разработан сборочный чертеж.
Разработана и проанализирована принципиально – структурная схема автоматического устройства и автоматизируемого процесса заточки спиральных сверл, которая осуществляется на основе компоновки проанализированных и выбранных исполнительных механизмов, приводов и датчиков контроля состояния исполнительных механизмов и параметров технологического процесса, и составлено описание цикла работы.
Литература
1. Ансеров М.А. "Приспособления для металлорежущих станков" 1975 г.
2. Косилова А.Г. "Справочник технолога-машиностроителя"1985 г.
3. Кузнецов М.М. "Автоматизация производственных процессов" 1978г.
4. Кузнецов М.М. "Проектирование автоматизированного производственного оборудования" 1987 г.
5. Автоматизация производственных процессов. Справочник. Под ред. Лебедовского